(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向の軸心を有する筒形状の容器と、
当該容器内に充填されホウ素を吸着する吸着材と、を備え、
前記容器は、当該容器内に流入される液体を下向きに通液させるための上部に設けられた入口と、前記容器内から前記液体を流出させるための下部に設けられた出口とを有し、
前記吸着材は、高分子材料の不織布に官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成され帯状に形成された吸着材素材を巻いて柱形状に形成した吸着材モジュールが、当該吸着材モジュールの軸心が前記容器の前記軸心と同軸になるように、前記容器内に１つ以上嵌入されて構成されており、
前記吸着材モジュールは、当該吸着材モジュール内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段を備えており、
前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する一方で、前記容器内に再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成するものであり、
前記吸着材モジュールは、前記吸着材素材を複数層巻いた後の外周面に複数の軸心方向位置において周方向に糸状部材を巻回して括ることを、外径が増す方向に複数回繰り返すことにより円柱形状に形成され、
前記糸状部材の軸心方向位置は、少なくとも一つ内側の糸状部材と異なる位置に設定されており、前記糸状部材による括り部分は、前記経路変化手段の構成をなしていることを特徴とするホウ素吸着装置。
【請求項２】
前記容器に充填された吸着材の高さは、１２００〜６０００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のホウ素吸着装置。
【請求項３】
前記容器に充填された吸着材の密度は、１７０〜２５０ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホウ素吸着装置。
【請求項４】
前記吸着材素材における前記不織布へのグルカミン基の導入割合は、１．５〜２．５ｍｍｏｌ／ｇであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のホウ素吸着装置。
【請求項５】
鉛直方向の軸心を有する筒形状の容器と、
当該容器内に充填されホウ素を吸着する吸着材と、を備え、
前記容器は、当該容器内に流入される液体を下向きに通液させるための上部に設けられた入口と、前記容器内から前記液体を流出させるための下部に設けられた出口とを有し、
前記吸着材は、高分子材料の不織布に官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成され帯状に形成された吸着材素材を巻いて柱形状に形成した吸着材モジュールが、当該吸着材モジュールの軸心が前記容器の前記軸心と同軸になるように、前記容器内に１つ以上嵌入されて構成されており、
前記吸着材モジュールは、当該吸着材モジュール内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段を備えており、
前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する一方で、前記容器内に再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成するホウ素吸着装置と、
前記ホウ素吸着装置において生成された溶離液を、生成順に第１の溶離液と第２の溶離液とに分けて採取する分取装置と、
前記分取装置において採取された前記第１の溶離液を冷却することにより、過飽和分のホウ酸を晶析する冷却晶析装置と、
前記冷却晶析装置において析出されたホウ酸結晶を含む溶離液を、ホウ酸結晶とホウ酸結晶を除いた溶離液である残余溶離液とに分離する固液分離装置と、
前記ホウ素吸着装置において使用される前記再生用の鉱酸を加温する加温装置と、を有し、
前記固液分離装置においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が前記再生用の鉱酸として前記加温装置を経て前記ホウ素吸着装置に戻された後に、前記分取装置において採取された前記第２の溶離液が前記ホウ素吸着装置に戻されることを特徴とするホウ素除去システム。
【請求項６】
前記分取装置は、前記第２の溶離液を生成順に複数に分けて採取し、
複数に分けられた前記第２の溶離液は、生成順に前記ホウ素吸着装置に戻されることを特徴とする請求項５に記載のホウ素除去システム。
【請求項７】
前記固液分離装置においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液は、前記ホウ素吸着装置に戻される途中で鉱酸が付加されて鉱酸の濃度が調整されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のホウ素除去システム。
【請求項８】
前記固液分離装置においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が前記加温装置を経て前記ホウ素吸着装置に戻される前に、加温された浄水が前記ホウ素吸着装置に通液されることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載のホウ素除去システム。
【請求項９】
前記加温装置は、前記ホウ素吸着装置において使用される前記再生用の鉱酸を３０〜４５℃に加温することを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載のホウ素除去システム。
【請求項１０】
鉛直方向の軸心を有する筒形状の容器と、
当該容器内に充填されホウ素を吸着する吸着材と、を備え、
前記容器は、当該容器内に流入される液体を下向きに通液させるための上部に設けられた入口と、前記容器内から前記液体を流出させるための下部に設けられた出口とを有し、
前記吸着材は、高分子材料の不織布に官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成され帯状に形成された吸着材素材を巻いて柱形状に形成した吸着材モジュールが、当該吸着材モジュールの軸心が前記容器の前記軸心と同軸になるように、前記容器内に１つ以上嵌入されて構成されており、
前記吸着材モジュールは、当該吸着材モジュール内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段を備えており、
前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する一方で、前記容器内に再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成するホウ素吸着装置を用いて、前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する吸着工程と、
前記ホウ素吸着装置を用いて、前記容器内に前記再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成する溶離工程と、
前記溶離工程において生成された溶離液を、生成順に第１の溶離液と第２の溶離液とに分けて採取する分取工程と、
前記分取工程において採取された前記第１の溶離液を冷却することにより、過飽和分のホウ酸を晶析する冷却晶析工程と、
前記冷却晶析工程において析出されたホウ酸結晶を含む溶離液を、ホウ酸結晶とホウ酸結晶を除いた溶離液である残余溶離液とに分離する固液分離工程と、
前記ホウ素吸着装置において使用される前記再生用の鉱酸を加温する加温工程と、を有し、
前記固液分離工程においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が前記再生用の鉱酸として加温されて前記ホウ素吸着装置に戻された後に、前記分取工程において採取された前記第２の溶離液が前記ホウ素吸着装置に戻されることを特徴とするホウ素除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素含有水からホウ素を除去するための、ホウ素吸着装置、ホウ素除去システム、及びホウ素除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホウ素は、メッキ、ガラス、医薬、染料、合成繊維等の分野において広く利用されており、これらの分野の製造あるいは処理の工程からは、ホウ素含有水が排出される。また、発電所における排煙脱硫排水や、ゴミ焼却炉排水としても、ホウ素含有水が排出される。一方、ホウ素は、ある濃度以上存在すると動植物の成育を阻害する虞があることが知られており、現在我国では、ホウ素の環境基準は１ｍｇ／Ｌ以下、排水基準は１０ｍｇ／Ｌ以下と規定されている。したがって、ホウ素含有水からホウ素を除去し、回収する技術が求められている。
【０００３】
従来のホウ素除去方法としては、ホウ素含有水にアルミニウム化合物、カルシウム化合物等の凝集剤を用いてホウ素を取り込んだ凝集沈殿物を生成させて分離除去する凝集沈殿法（特許文献１参照）、ホウ素含有水に含まれるホウ素を有機溶媒の混合物で抽出して除去する有機溶媒抽出法（特許文献２参照）、逆浸透膜により処理する逆浸透膜法（特許文献３参照）、ホウ素含有水を陰イオン交換樹脂（ホウ素選択吸着樹脂）により吸着処理するホウ素選択吸着樹脂法（特許文献４参照）等が知られている。
【０００４】
しかし、前記したホウ素除去方法は以下のような課題を有している。
すなわち、凝集沈殿法では、ホウ素を不溶化させるために多量の薬剤を使用する必要があり、発生する汚泥も多くその処理が困難である。更に、凝集沈殿物にはアルミニウム化合物、カルシウム化合物等が大量に含まれているため、ホウ素を回収して再利用することができない。また、有機溶媒抽出法では、有機溶媒は消防法による規制を受けるものであり、火気を避ける必要があること、有機溶媒自体の漏出の虞にも注意しなければならないこと等、取扱いが困難である。また、逆浸透膜法では、ホウ素を分離して高濃度に濃縮することが困難である。
【０００５】
また、ホウ素選択吸着樹脂法では、ホウ素の回収・再利用を考慮した場合には、ホウ素含有水をホウ素選択吸着樹脂に通液させて吸着処理した後に、当該ホウ素選択吸着樹脂からホウ素を溶離させてホウ素選択吸着樹脂を再生するために酸溶液が使用される。このため、溶離液の酸根を処理する必要がある。また、溶離液のホウ素濃度が低いため、冷却晶析法によりホウ酸結晶を得るには濃縮工程が必要となる。ここで、鉱酸によりホウ素が溶離された溶離液を蒸発濃縮することで作り出された高温のホウ素飽和酸性水溶液を冷却晶析法により結晶化する方法が知られているが（特許文献５参照）、装置あるいは工程が複雑化すると共に大きな設備が必要となり、また、イニシャルコストが高く、蒸発濃縮にかかるランニングコストも高くなるという課題があった。
【０００６】
溶離液の酸根を処理することに関しては、中和する方法や、陰イオン交換樹脂による酸根の吸着処理（特許文献６参照）によって解決が図られてきている。
濃縮工程に関しては、容器内の残留液を脱液した後に再生剤を投入することによりホウ素含有量の多い溶離液を採取する方法（特許文献７参照）、鉱酸の温度を４０〜９０℃に上げて吸着樹脂の再生を行ってホウ素の含有量を増やす方法（特許文献８参照）等が提案されている。しかし、これらのいずれの方法においても、溶離液のホウ素濃度はホウ素化合物の溶解度をかなり下回った低い値であるため、そのままでは冷却晶析法によりホウ酸結晶を得ることはできなかった。
【０００７】
一方、ホウ素含有水を吸着剤に接触させて吸着剤にホウ素を吸着させた後、吸着剤の再生時に、ホウ素飽和された酸性水溶液を加熱して吸着剤に接触させて吸着剤からホウ素を溶離させた溶離液を形成し、この溶離液を、濃縮せずに後工程の冷却晶析工程で冷却してホウ酸を晶析分離させる試みがなされている（特許文献９参照）。
【０００８】
しかしながら、特許文献９に記載の技術は、吸着剤からホウ素を溶離させた溶離液のホウ素濃度をホウ素化合物の溶解度近くまで上げる手段を提示しておらず、したがって、効率良くホウ酸を晶析分離させて回収することが難しいという課題を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭５８−１５１９３号公報
【特許文献２】特開平１０−２４９３３０号公報
【特許文献３】特開平９−２９０２７５号公報
【特許文献４】特公平２−３２９５２号公報
【特許文献５】特開昭５９−１７３１８２号公報
【特許文献６】特開２００１−１０４８０７号公報
【特許文献７】特開２００５−８７８２５号公報
【特許文献８】特開２００１−２４７３０５号公報
【特許文献９】特開２００４−２９８７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吸着材から溶離したホウ素を含む溶離液のホウ素濃度を高めることができ、溶離液を濃縮せずとも効率良くホウ素含有水からホウ素を除去してホウ酸結晶の形態で回収することを可能ならしめる、ホウ素吸着装置、ホウ素除去システム、及びホウ素除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明のホウ素吸着装置は、鉛直方向の軸心を有する筒形状の容器と、当該容器内に充填されホウ素を吸着する吸着材と、を備え、前記容器は、当該容器内に流入される液体を下向きに通液させるための上部に設けられた入口と、前記容器内から前記液体を流出させるための下部に設けられた出口とを有し、前記吸着材は、高分子材料の不織布に官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成され帯状に形成された吸着材素材を巻いて柱形状に形成した吸着材モジュールが、当該吸着材モジュールの軸心が前記容器の前記軸心と同軸になるように、前記容器内に１つ以上嵌入されて構成されており、前記吸着材モジュールは、当該吸着材モジュール内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段を備えており、前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する一方で、前記容器内に再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成するものであり、前記吸着材モジュールは、前記吸着材素材を複数層巻いた後の外周面に複数の軸心方向位置において周方向に糸状部材を巻回して括ることを、外径が増す方向に複数回繰り返すことにより円柱形状に形成され、前記糸状部材の軸心方向位置は、少なくとも一つ内側の糸状部材と異なる位置に設定されており、前記糸状部材による括り部分は、前記経路変化手段の構成をなしていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記目的を達成するために、本発明のホウ素除去システムは、鉛直方向の軸心を有する筒形状の容器と、当該容器内に充填されホウ素を吸着する吸着材と、を備え、前記容器は、当該容器内に流入される液体を下向きに通液させるための上部に設けられた入口と、前記容器内から前記液体を流出させるための下部に設けられた出口とを有し、前記吸着材は、高分子材料の不織布に官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成され帯状に形成された吸着材素材を巻いて柱形状に形成した吸着材モジュールが、当該吸着材モジュールの軸心が前記容器の前記軸心と同軸になるように、前記容器内に１つ以上嵌入されて構成されており、前記吸着材モジュールは、当該吸着材モジュール内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段を備えており、前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する一方で、前記容器内に再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成するホウ素吸着装置と、前記ホウ素吸着装置において生成された溶離液を、生成順に第１の溶離液と第２の溶離液とに分けて採取する分取装置と、前記分取装置において採取された前記第１の溶離液を冷却することにより、過飽和分のホウ酸を晶析する冷却晶析装置と、前記冷却晶析装置において析出されたホウ酸結晶を含む溶離液を、ホウ酸結晶とホウ酸結晶を除いた溶離液である残余溶離液とに分離する固液分離装置と、前記ホウ素吸着装置において使用される前記再生用の鉱酸を３０〜４５℃に加温する加温装置と、を有し、前記固液分離装置においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が前記再生用の鉱酸として前記加温装置を経て前記ホウ素吸着装置に戻された後に、前記分取装置において採取された前記第２の溶離液が前記ホウ素吸着装置に戻され、再利用されることを特徴とする。
【００１３】
また、前記目的を達成するために、本発明のホウ素除去方法は、鉛直方向の軸心を有する筒形状の容器と、当該容器内に充填されホウ素を吸着する吸着材と、を備え、前記容器は、当該容器内に流入される液体を下向きに通液させるための上部に設けられた入口と、前記容器内から前記液体を流出させるための下部に設けられた出口とを有し、前記吸着材は、高分子材料の不織布に官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成され帯状に形成された吸着材素材を巻いて柱形状に形成した吸着材モジュールが、当該吸着材モジュールの軸心が前記容器の前記軸心と同軸になるように、前記容器内に１つ以上嵌入されて構成されており、前記吸着材モジュールは、当該吸着材モジュール内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段を備えており、前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する一方で、前記容器内に再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成するホウ素吸着装置を用いて、前記容器内にホウ素含有水を通液することにより、前記ホウ素含有水中のホウ素を前記吸着材に吸着させると共に、前記ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する吸着工程と、前記ホウ素吸着装置を用いて、前記容器内に前記再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された前記吸着材からホウ素を前記鉱酸中に溶離させると共に、前記鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成する溶離工程と、前記溶離工程において生成された溶離液を、生成順に第１の溶離液と第２の溶離液とに分けて採取する分取工程と、前記分取工程において採取された前記第１の溶離液を冷却することにより、過飽和分のホウ酸を晶析する冷却晶析工程と、前記冷却晶析工程において析出されたホウ酸結晶を含む溶離液を、ホウ酸結晶とホウ酸結晶を除いた溶離液である残余溶離液とに分離する固液分離工程と、前記ホウ素吸着装置において使用される前記再生用の鉱酸を３０〜４５℃に加温する加温工程と、を有し、前記固液分離工程においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が前記再生用の鉱酸として加温されて前記ホウ素吸着装置に戻された後に、前記分取工程において採取された前記第２の溶離液が前記ホウ素吸着装置に戻され、再利用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、吸着材から溶離したホウ素を含む溶離液のホウ素濃度を高めることができ、溶離液を濃縮せずとも効率良くホウ素含有水からホウ素を除去してホウ酸結晶の形態で回収することが可能となる。
この結果、これまで濃縮の工程で通常使用されていた蒸散エネルギーを節減でき、なおかつ、本発明のホウ素除去方法では、溶離液の加温も溶離液を３０〜４５℃という低温で行うことができ、冷却晶析の際のエネルギー使用量も節減できるという効果を奏する。また、溶離液を再利用することにより、薬品（鉱酸）使用量も従来よりも節約されるという効果も生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るホウ素除去システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示される吸着塔の構成を模式的に示す概略縦断面図である。
【図３】図２に示される吸着材モジュールを示す図であり、（ａ）は概略拡大斜視図、（ｂ）は概略拡大正面図である。
【図４】ＢＶ値と処理水のホウ素濃度との関係を示す図である。
【図５】溶離液のホウ酸濃度の推移を示すグラフである。
【図６】３種類の吸着塔についての溶離液のホウ酸濃度の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るホウ素除去システムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示される吸着塔の構成を模式的に示す概略縦断面図である。図３は、図２に示される吸着材モジュールを模式的に示す図であり、（ａ）は概略拡大斜視図、（ｂ）は概略拡大正面図である。
【００１７】
図１に示すように、ホウ素除去システム１００は、原水（ホウ素含有水）からホウ素を除去してホウ酸結晶の形態で回収するシステムであり、ホウ素吸着装置としての吸着塔２０、分取装置３０、冷却晶析装置４０、固液分離装置５０、及び加温装置６０を有している。
【００１８】
図２に示すように、吸着塔２０は、鉛直方向の軸心を有する円筒形状の容器２１と、当該容器２１内に充填されホウ素を吸着する吸着材２５とを備えている。
【００１９】
吸着材２５の素材である吸着材素材２７（図３参照）は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子材料の不織布に、官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成されたものである。グルカミン基は、１．５〜２．５ｍｍｏｌ／ｇの割合で不織布に導入されることが好ましい。グルカミン基の導入割合が１．５ｍｍｏｌ／ｇよりも小さいと、吸着性能が十分でないからであり、一方、２．５ｍｍｏｌ／ｇよりも大きいと、吸着材素材２７の物理的強度が低くなるからである。
【００２０】
吸着材２５は、例えば幅３００〜５００ｍｍ程度の長尺の帯状に形成された吸着材素材２７（図３参照）を巻いて円柱形状に形成した吸着材モジュール２６が、当該吸着材モジュール２６の軸心が容器２１の軸心と同軸になるように、容器２１内に１つ以上嵌入されて構成される。
【００２１】
容器２１は、当該容器２１内に流入されるホウ素含有水や再生用の鉱酸等の液体を下向きに通液させるための上部に設けられた入口２２と、容器２１内から前記液体を流出させるための下部に設けられた出口２３とを有している。入口２２は、容器２１の上方開口を開閉可能な蓋体２１ａに形成されており、出口２３は、容器２１の下方開口を閉塞する底板２１ｂに形成されている。なお、入口２２や出口２３は、複数設けられていてもよい。
【００２２】
図３に示すように、吸着材モジュール２６は、吸着材素材２７を複数層（例えば２〜８層）緊密に巻いた後に一旦切断してその外周面に複数の軸心方向位置において周方向に糸状部材２８を巻回してきつく括ることを、外径が増す方向に複数回繰り返すことにより円柱形状に形成される。糸状部材２８の軸心方向位置は、少なくとも一つ内側の糸状部材２８と異なる位置に設定される。糸状部材２８には紐状の部材が含まれ、例えばポリオレフィン製の結束用バンドが使用され得る。
【００２３】
なお、図３の吸着材モジュール２６は、理解を容易にするため模式的に示されており、厚さや外径等の寸法は実際とは異なって描かれている。また、吸着材素材２７を複数層巻いた後の外周面に糸状部材２８を巻回して括ることは、図３では説明を簡単にするために２回繰り返される構成となっているが、実際には、吸着材モジュール２６の外径に応じて、３回以上適宜の回数だけ、多数回繰り返される。
【００２４】
ここで、糸状部材２８による括り部分は、吸着材モジュール２６内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段として機能するものである。なお、この括り部分は、糸状部材２８と、糸状部材２８により括られて圧縮された吸着材素材２７の部分とを含む。但し、経路変化手段は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、吸着材素材２７の内部や表面に糸状部材や片状部材を混入させたり、吸着材素材２７に糸状部材を格子状に織り込んだりして、経路変化手段を構成することも可能である。
【００２５】
吸着材モジュール２６の上記構造は、ホウ素の吸着除去のみならず、吸着素材２７の不織布に導入するイオン交換能又はキレート交換能を有する機能性官能基をグラフト重合法により入れ替えることにより、陽イオン、陰イオン、有害重金属イオン、フッ素・ヒ素などの特定なイオン類、更には有機物をも吸着除去可能となると同時に、再生溶離することにより濃縮することが可能となる。
【００２６】
吸着材２５の充填密度は、１７０〜２５０ｇ／Ｌであることが好ましい。充填密度が１７０ｇ／Ｌよりも小さいと、吸着性能が十分でないからであり、一方、２５０ｇ／Ｌよりも大きいと、吸着材素材２７を緊密に巻回いたとしても製造することが困難だからである。
【００２７】
また、容器２１に充填された吸着材２５の高さである充填高さは、１２００〜６０００ｍｍであることが好ましい。充填高さが１２００ｍｍよりも低いと、鉱酸による再生時に吸着材２５からホウ素が溶離された溶離液のホウ素濃度が十分高くならないからであり、一方、６０００ｍｍよりも高いと、設備が大型化すると共にコスト高となるからである。
【００２８】
図１に示すように、吸着塔２０の上方には、原水槽７０からの原水（ホウ素含有水）を流入させるための配管１と、再生用の鉱酸を流入させるための配管２とが接続されている。原水槽７０には、各種の施設や工場等において排出される原水が、粗濾しフィルタ７１により不純物が除去された後に、配管４を経て貯留されている。
【００２９】
また、吸着塔２０の下方には、ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を流出させるための配管３と、鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を流出させるための配管５〜７とが接続されている。すなわち、ホウ素含有水、及び再生用の鉱酸が、下向流で吸着塔２０に通液されるように構成されている。なお、吸着塔２０からの処理水は、配管３を経て、処理水槽７５に貯留されるようになっている。
【００３０】
吸着塔２０は、配管１を経て送られるホウ素含有水中のホウ素を吸着材２５に吸着させると共に、ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する機能を有する。また、吸着塔２０は、ホウ素が吸着された吸着材２５からホウ素を、配管２を経て送られる鉱酸中に溶離させると共に、鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成する機能を有する。
【００３１】
分取装置３０は、吸着塔２０において生成された溶離液を、生成順に、第１の溶離液としての高濃度溶離液と、第２の溶離液としての低濃度溶離液とに分けて採取（分取）する。本実施形態では、低濃度溶離液は、更に生成順に複数（ここでは２つ）に分けられて、第１低濃度溶離液、及び第２低濃度溶離液として採取される。具体的には、分取装置３０は、配管５を経て送られる高濃度溶離液を貯留する高濃度溶離液槽３１と、配管６を経て送られる第１低濃度溶離液を貯留する第１低濃度溶離液槽３２と、配管７を経て送られる第２低濃度溶離液を貯留する第２低濃度溶離液槽３３とを有している。
【００３２】
冷却晶析装置４０は、分取装置３０において採取された高濃度溶離液を冷却することにより、過飽和分のホウ酸を晶析する。冷却温度は、例えば０〜６℃であり、通常の冷却手段により容易に実現できる。冷却方法としては、例えば、冷却晶析装置４０の外壁を冷媒で冷却する方法、冷却晶析装置４０の内部に熱交換器を設置して冷却する方法、冷却晶析装置４０の外部に内容物の一部を抜き出して冷却し循環する方法等が使用され得る。
【００３３】
冷却晶析装置４０には、分取装置３０の高濃度溶離液槽３１から延びる配管８が接続されており、配管８を介して高濃度溶離液が冷却晶析装置４０に供給される。また、冷却晶析装置４０には、当該冷却晶析装置４０において析出されたホウ酸結晶を含む溶離液を流出させるための配管１１が接続されている。
【００３４】
固液分離装置５０は、冷却晶析装置４０から送られるホウ酸結晶を含む溶離液を、ホウ酸結晶と、ホウ酸結晶を除いた溶離液である残余溶離液（溶離排水）とに分離する。固液分離には、例えば、濾過器や、遠心分離器等の各種の固液分離手段が単独又は組み合わせて使用され得る。
【００３５】
固液分離装置５０には、配管１１を介してホウ酸結晶を含む溶離液が冷却晶析装置４０から供給される。また、固液分離装置５０には、当該固液分離装置５０においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液を流出させるための配管１２が接続されている。
【００３６】
加温装置６０は、配管２を経て吸着塔２０に流入する再生用の鉱酸を加温する。これにより、鉱酸に溶けるホウ素（ホウ酸）の溶解度が上がる。加温される鉱酸の温度は、好ましくは２５〜５５℃、より好ましくは３０〜４５℃、さらに好ましくは３０〜４０℃である。上限値よりも大きいと、加温のためのコストが増大すると共に加温装置６０の設備が大型化すること、高温による吸着材２５のダメージが大きくなること、ガス化した鉱酸の処理が必要になること等の問題が生じるからであり、一方、下限値よりも小さいと、冷却晶析工程における温度との溶解度差が十分得られないことと再生の際に溶離が不十分になる虞が生じるからである。加温方法としては、例えば電熱器が使用され得る。なお、加温装置は、高濃度溶離液槽３１の槽内に設置することも可能である。
【００３７】
本実施形態のホウ素除去システム１００では、固液分離装置５０においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が流出する配管１２が、高濃度溶離液槽３１に接続されており、高濃度溶離液槽３１に戻された残余溶離液が流出する配管１３が、加温装置６０に接続されている。また、分取装置３０の第１低濃度溶離液槽３２から延びる配管９と、第２低濃度溶離液槽３３から延びる配管１０とが、それぞれ吸着塔２０の上方に接続されている。
【００３８】
更に、吸着塔２０の上方には、洗浄水槽８０からの洗浄水を流入させるための配管１４が接続されており、吸着塔２０の下方には、吸着塔２０を洗浄した後の洗浄排水を流出させるための配管１５が接続されている。洗浄水には、再生の際酸性になった吸着材をアルカリ性に戻すために苛性ソーダ（ＮａＯＨ）が適宜追加される。配管１５は原水槽７０に接続されており、洗浄排水は、原水槽７０に戻されるように構成されている。
【００３９】
配管１，２，９，１０，１４は、それぞれ、例えば図示しない開閉弁を介して入口２２（図２参照）に接続されており、配管３、５〜７，１５は、それぞれ、例えば図示しない開閉弁を介して出口２３（図２参照）に接続されている。
【００４０】
次に、前記したように構成されたホウ素除去システム１００を用いたホウ素除去方法について説明する。
本実施形態に係るホウ素除去方法は、吸着塔２０を用いて、容器２１内にホウ素含有水を通液することにより、ホウ素含有水中のホウ素を吸着材２５に吸着させると共に、ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水を生成する吸着工程を有している。また、ホウ素除去方法は、吸着塔２０を用いて、容器２１内に再生用の鉱酸を通液することにより、ホウ素が吸着された吸着材２５からホウ素を鉱酸中に溶離させると共に、鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液を生成する溶離工程を有している。
【００４１】
更に、ホウ素除去方法は、溶離工程において生成された溶離液を、生成順に高濃度溶離液と低濃度溶離液とに分けて採取する分取工程と、分取工程において採取された高濃度溶離液を冷却することにより、過飽和分のホウ酸を晶析する冷却晶析工程と、冷却晶析工程において析出されたホウ酸結晶を含む溶離液を、ホウ酸結晶とホウ酸結晶を除いた溶離液である残余溶離液とに分離する固液分離工程と、を有している。また、ホウ素除去方法は、吸着塔２０において使用される再生用の鉱酸を加温する加温工程を有している。
【００４２】
そして、次の吸着工程が終了した後、すなわち次回の吸着塔２０の再生時には、固液分離工程においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が再生用の鉱酸として加温されて吸着塔２０に戻された後に、分取工程において採取された低濃度溶離液が吸着塔２０に戻される。
【００４３】
次に、ホウ素除去方法の各工程について更に詳しく説明する。
吸着工程で浄化（ホウ素除去）対象となるホウ素含有水は、各種の施設や工場等において排出される原水であり、ホウ素を含む原水であれば特に限定されない。ホウ素含有水としては、例えば、メッキ、ガラス、医薬、染料、合成繊維等の分野の製造あるいは処理の工程からの排水、発電所における排煙脱硫排水、ゴミ焼却炉排水等が挙げられる。ホウ素含有水のホウ素濃度は、例えば１０ｍｇ／Ｌ以上である。なお、ホウ素含有水は、粗濾しフィルタ７１を通過することにより不純物が除去されて、原水槽７０に貯留されている。
【００４４】
吸着工程では、原水槽７０からのホウ素含有水が配管１から吸着塔２０に流入し、吸着塔２０の上方から下方に流れる間に、当該ホウ素含有水中のホウ素が吸着材２５に吸着される。そして、ホウ素含有水からホウ素を除去した処理水が生成され、配管３から流出されて、処理水槽７５に貯留される。浄化された処理水のホウ素濃度は、例えば１ｍｇ／Ｌ以下とされ得る。
【００４５】
ここで、ホウ素含有水は、容器２１内を下向きに流れる際に、吸着材素材２７を巻いて円柱形状に形成した吸着材モジュール２６（図３参照）内を流下することになる。このとき、糸状部材２８による括り部分は、吸着材モジュール２６内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段として機能し、ホウ素含有水は、吸着材モジュール２６内において強制的に吸着材素材２７の不織布内部で通液経路を変えながら、吸着材モジュール２６内部を流下する。これにより、ホウ素含有水中のホウ素は、吸着材２５内部のホウ素吸着機能を有する官能基（グルカミン基）へ接する機会が増加することを通じて、吸着材２５へのホウ素吸着量が増えると考えられる。
【００４６】
通常時においては、ホウ素含有水を吸着塔２０に通液して吸着材２５にホウ素を吸着させる吸着工程が継続して行われる。そして、吸着材２５へのホウ素の吸着能力が限界近くになって、浄化後の処理水のホウ素濃度が予め決められた閾値（例えば１ｍｇ／Ｌ）よりも大きくなった場合、配管１から吸着塔２０へのホウ素含有水の供給が停止されて、吸着工程が一旦終了する。
【００４７】
次に、吸着塔２０の吸着材２５の吸着能力を再生するために、配管２から吸着塔２０への再生用の鉱酸の供給が行われて、溶離工程が開始される。
溶離工程では、再生用の鉱酸が配管２から吸着塔２０に流入し、吸着塔２０の上方から下方に流れる間に、吸着材２５からホウ素が鉱酸中に溶離すると共に、鉱酸に溶離したホウ素を含んだ溶離液が生成されて、配管５〜７から流出される。ここで、再生用の鉱酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等の水溶液が使用される。
【００４８】
ここで、再生用の鉱酸は、容器２１内を下向きに流れる際に、糸状部材２８による括り部分の機能により、吸着材モジュール２６内において強制的に吸着材素材２７の不織布内部で通液経路を変えながら、吸着材モジュール２６内を流下する。これにより、吸着材２５から鉱酸へのホウ素の溶離量が増えると考えられる。
【００４９】
吸着塔２０において生成された溶離液は、例えば図示しない開閉弁を制御することにより、生成順に、分取装置３０の高濃度溶離液槽３１、第１低濃度溶離液槽３２、第２低濃度溶離液槽３３にそれぞれ分けて送られる。
【００５０】
次に、高濃度溶離液槽３１から配管８を経て冷却晶析装置４０へ溶離液が送られて、冷却晶析工程が開始される。冷却晶析工程では、溶離工程で生成した溶離液が例えば約５℃に冷却される。これにより、鉱酸へのホウ素化合物（ホウ酸）の溶解度が下がり、過飽和分のホウ酸が晶析する。ホウ酸結晶を含む溶離液は、配管１１から流出される。
【００５１】
冷却晶析装置４０から配管１１を経て固液分離装置５０へホウ酸結晶を含む溶離液が送られると、固液分離工程が開始される。固液分離工程では、ホウ酸結晶を含む溶離液が、ホウ酸結晶と、ホウ酸結晶を除いた溶離液である残余溶離液とに分離される。ホウ酸結晶は、固体として回収され、各種分野において資源として再利用可能である。固液分離工程で生じる残余溶離液は、配管１２を経て一旦高濃度溶離液槽３１に戻される。
【００５２】
そして、次の吸着工程が終了した後、すなわち次回の吸着塔２０の再生時において、固液分離装置５０においてホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が、高濃度溶離液槽３１から再生用の鉱酸として加温装置６０を経て吸着塔２０に戻された後に、分取装置３０において採取された第１低濃度溶離液及び第２低濃度溶離液が、第１低濃度溶離液槽３２及び第２低濃度溶離液槽３３から、それぞれ順次吸着塔２０に戻される。
【００５３】
なお、残余溶離液が加温されて吸着塔２０に戻される前に、加温装置６０における加温温度と同温程度に加温されたホウ素を含まない浄水が吸着塔２０に通液されることが好ましい。これにより、溶離液の温度が低下してしまうことを防止でき、ひいては、ホウ素の溶離を促してホウ素（ホウ酸）の回収率を安定化させることができる。
【００５４】
再利用される残余溶離液には、晶析しなかったホウ素が高濃度で残存している。したがって、次回の吸着塔２０の再生時には、吸着材２５に吸着されたホウ素が溶離して残余溶離液に上乗せされ、残余溶離液に上乗せされたホウ素と同量に近いホウ素が、冷却晶析工程においてホウ酸結晶として析出することになり、ホウ素の回収率が向上する。
【００５５】
再利用時に、配管２を通って送られる残余溶離液は、途中で鉱酸が付加されて鉱酸の濃度が調整される。残余溶離液である薄まった鉱酸に新たな鉱酸を付加することにより、吸着塔２０から排出される溶離液は、何度でも繰返し使用することができる。なぜならば、ホウ素を捕捉する官能基はキレートであり、中性・アルカリ性域でホウ素を捕捉する一方で、酸性域でホウ素を脱離する機能を有するからである。
【００５６】
なお、吸着塔２０に洗浄水を流す際に濃度が低下することを見越して、配管１０を通って送られる第２低濃度溶離液は、途中で鉱酸が付加されて鉱酸の濃度が調整される。
【００５７】
前記したように本実施形態では、吸着塔２０の容器２１内に充填される吸着材２５は、高分子材料の不織布に官能基としてホウ素を吸着するグルカミン基を導入して作成され帯状に形成された吸着材素材２７を巻いて円柱形状に形成した吸着材モジュール２６が、当該吸着材モジュール２６の軸心が容器２１の軸心と同軸になるように、容器２１内に１つ以上嵌入されて構成されている。吸着材モジュール２６は、吸着材モジュール２６内を流下する液体の通液経路を変化させる経路変化手段を備えており、例えば糸状部材２８による括り部分は、この経路変化手段の構成をなしている。
【００５８】
このような本実施形態によれば、吸着材２５は、段落［００４５］で述べた吸着工程時と同様に、溶離工程においても、溶離液が吸着材２５内部に捕捉されているホウ素を効率的に溶離し、溶離液内のホウ素濃度を高めることができ、溶離液を濃縮せずとも効率良くホウ素含有水からホウ素を除去してホウ酸の固形物としてホウ素回収することが可能となる。
この結果、これまで濃縮の工程で通常使用されていた蒸散エネルギーを節減でき、なおかつ、本実施形態のホウ素除去方法では、溶離液の加温も溶離液を３０〜４５℃という低温で行うことができ、冷却晶析の際のエネルギー使用量も節減できるという効果を奏する。また、溶離液を再利用することにより、薬品（鉱酸）使用量も従来の１／３〜１／２に節約されるという効果も生じる。
【００５９】
また本実施形態では、次回の吸着塔２０の再生時には、ホウ酸結晶が分離除去された後の残余溶離液が再生用の鉱酸として加温されて吸着塔２０に戻された後に、分取工程において採取された低濃度溶離液が吸着塔２０に戻される。このような構成によれば、ホウ素の回収率が向上すると共に、溶離液を廃棄処理することなく繰返し使用することが可能となる。
【００６０】
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
例えば前記実施形態では、容器２１を円筒形状とし、容器２１内に挿入される吸着材モジュール２６を円柱形状としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、容器２１を横断面が略四角形等の他の形の筒形状とし、容器２１内に挿入される吸着材モジュール２６を横断面が略四角形等の他の形の柱形状としてもよい。
【実施例】
【００６１】
次に、本発明の効果を、以下の実施例を用いて説明する。但し、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００６２】
（実験１）吸着塔の吸着・再生（ホウ素溶離）実験
（１）吸着実験
（ａ）吸着材
不活性ガス雰囲気中で低照射線量（１０ｋＧｙ）の放射線を高分子材料の基材に照射した後、その基材をブチルアルコール溶媒により濃度３０〜５０％に調整された溶液に０．５〜１分間浸漬し、引き上げた基材を用いて不活性ガス雰囲気の反応器中でグラフト重合を２〜３時間行わせて作成したポリエチレン、ポリプロピレン製の不織布に、７０℃の条件でメチルグルカミン基を１．５〜２．２ｍｍｏｌ／ｇの密度で導入した吸着材素材を作成した。
【００６３】
このように作成した吸着材素材を幅３００ｍｍ×長さ５０００ｍｍの帯状に切断して、数層ごとにポリオレフィン製の結束用バンドで括って固定しながら、隙間無く緊密に巻き、直径１００ｍｍの円柱形状の吸着材モジュールを作成した。なお、幅３００ｍｍが円柱形状の吸着材モジュールの高さに相当する。
【００６４】
（ｂ）吸着塔
前記のように作成した吸着材モジュールを、ポリ塩化ビニル製の内径１００ｍｍの円筒状の容器の中に複数挿入して吸着材を形成し、吸着塔を作成した。吸着塔内に充填された吸着材の充填高さは２４００ｍｍ（吸着材モジュール８個を直列に連結した高さ）とした。
【００６５】
（ｃ）実験方法
産業廃棄物処分場の浸出水生物処理後の中間処理水を原水とした。この原水に対して、濃度２５％のＮａＯＨを添加して、ｐＨ９．５〜１１．５に上げ、凝集フロックを沈殿させた上澄み水をｐＨ８付近に調整すると同時に、ホウ素濃度が１００ｍｇ／Ｌになるようにした。但し、実際には、ホウ素濃度は９０．６ｍｇ／Ｌであった。そして、調整後の原水５４０Ｌを、約１．９時間、ＳＶ（Space Velocity）値約５．５（１／ｈｒ）で、吸着塔に通液した。ここで、ＳＶ値（１／ｈｒ）＝流量（Ｌ／ｈｒ）／吸着材体積（Ｌ）である。
【００６６】
（ｄ）実験結果
図４は、ＢＶ値と処理水のホウ素濃度との関係を示す図である。
吸着塔から流出する浄化後の処理水に、ホウ素が１ｍｇ／Ｌの濃度で漏れ出したのは、通液量４４５Ｌのときであった。この時点を破過とすれば、吸着塔の破過時点のＢＶ（Bed Volume）値は２３．３であった。ここで、ＢＶ値＝通液量（Ｌ）／吸着材体積（Ｌ）である。破過時の吸着ホウ素量は３９．９ｇであった。また、吸着実験における総吸着ホウ素量は４４．８ｇであった。表１に、吸着塔のホウ素吸着性能の結果を示す。
【００６７】
【表１】
0005400845.tif 000002
【００６８】
（２）再生（ホウ素溶離）実験
前記した吸着実験でホウ素を吸着した吸着塔を再生したのが、この再生実験である。
【００６９】
（ａ）実験方法
まず、吸着塔を約３０℃に加温した約４０Ｌの脱塩水で洗浄・置換した。置換は下向流で行った。その後、約３０℃に加温した１ＮのＨＣｌ（１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ水溶液）を吸着塔に下向流で通液した。そのときの通液量は約４０Ｌであり、ＳＶ値は約５（１／ｈｒ）であった。
【００７０】
ＨＣｌが吸着塔から出て来るのをｐＨ計で確認してから、サンプリングを開始した。サンプリングは原則として５００ｃｃ毎に行った。サンプリングされた試料のホウ素含有量をＩＣＰ（Inductively coupled plasma）発光分光分析装置により分析した。
【００７１】
（ｂ）実験結果
図５は、溶離液（再生廃液）のホウ酸濃度の推移を示すグラフである。
ここで、ホウ素含有量をホウ酸含有量に換算した。なお、ホウ素含有量の５．７２５倍をホウ酸含有量とした。
【００７２】
ホウ素濃度が一番高い溶離液（再生廃液）は、ｐＨが急激に下がった直後に採取された試料であった。このときのホウ素の含有量は１０９００ｍｇ／Ｌであり、ホウ酸の含有量に換算すると６．２４ｇ／１００ｍｌであった。更にこれを重量換算すると５．６７（ｇ／１００ｇ）に相当する。この値は、３０℃でのホウ酸の溶解度６．２３（ｇ／１００ｇ）付近に達しているものと言える。
【００７３】
更に、図５に示した５℃でのホウ酸の溶解度２．９８（ｇ／１００ｇ）以上のホウ酸濃度を示す６つの試料を５℃以下の冷蔵庫内に保管した状態に置くと、板状の白色透明のホウ酸結晶が生じていた。他方、２．９８（ｇ／１００ｇ）以下のホウ酸濃度を示す他の試料を５℃以下の冷蔵庫内に保管した状態に置いても、ホウ酸結晶は生じていなかった。
【００７４】
（ｃ）結論
本再生実験によれば、前記吸着実験でホウ素を吸着した吸着塔に、加温した鉱酸（１ＮのＨＣｌ）を通液すると、流出する溶離液の初期段階のものは、５℃以下の冷蔵によって、簡便にホウ酸結晶の固形物を得ることができると結論された。
【００７５】
（実験２）吸着塔の吸着材の充填高さを変化させた場合の吸着・再生（ホウ素溶離）実験
（１）吸着実験
（ａ）吸着材
吸着材素材、吸着材モジュールは、前記実験１と同じである。
【００７６】
（ｂ）吸着塔
吸着塔は、吸着材の充填高さを除き、前記実験１と概ね同じである。吸着材の充填高さは、６００ｍｍ（吸着材モジュールを２個直列連結）、１２００ｍｍ（吸着材モジュールを４個直列連結）、２４００ｍｍ（吸着材モジュールを８個直列連結）の３種類を設定した。なお、充填高さ２４００ｍｍについては、前記実験１のデータを使用している。
【００７７】
（ｃ）実験結果
吸着塔から流出する浄化後の処理水に、ホウ素が１ｍｇ／Ｌの濃度で漏れ出したのは、吸着材の充填高さが２４００ｍｍ、１２００ｍｍ、６００ｍｍの３種類の吸着塔において、通液量がそれぞれ４４５Ｌ、２００Ｌ、８０Ｌのときであった。この時点を破過とすれば、吸着塔の破過時点のＢＶ値は、前記３種類の吸着塔において、それぞれ２３．３、２２．３、１７．０であった。破過時の吸着ホウ素量は、前記３種類の吸着塔において、それぞれ３９．９ｇ、１８．５ｇ、７．８ｇであった。また、吸着実験における総吸着ホウ素量は、前記３種類の吸着塔において、それぞれ４４．８ｇ、２２．４ｇ、１２．８ｇであった。表２に、充填高さが異なる３種類の吸着塔のホウ素吸着性能の結果を示す。
【００７８】
【表２】
0005400845.tif 000003
【００７９】
（２）再生（ホウ素溶離）実験
前記した吸着実験でホウ素を吸着した３種類の吸着塔の吸着材を再生したのが、この再生実験である。
【００８０】
（ａ）実験方法
前記した吸着材の充填高さが２４００ｍｍ、１２００ｍｍ、６００ｍｍの３種類の吸着塔を、約３０℃に加温した約４０Ｌ、３０Ｌ、２０Ｌの脱塩水でそれぞれ洗浄・置換した。置換は下向流で行った。その後、約３０℃に加温した１ＮのＨＣｌ（１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ水溶液）を吸着塔に下向流で通液した。３種類の吸着塔における通液量は、それぞれ約４０Ｌ、３０Ｌ、２０Ｌであり、ＳＶ値は、３種類の吸着塔ともに約５（１／ｈｒ）であった。
【００８１】
３種類の吸着塔とも、ＨＣｌが吸着塔から出て来るのをｐＨ計で確認してから、サンプリングを開始した。サンプリングは原則として５００ｃｃ毎に行った。サンプリングされた試料のホウ素含有量をＩＣＰ発光分光分析装置により分析した。
【００８２】
（ｂ）実験結果
図６は、３種類の吸着塔についての溶離液（再生廃液）のホウ酸濃度の推移を示すグラフである。ここで、ホウ素含有量をホウ酸含有量に換算した。なお、前記と同じくホウ素含有量の５．７２５倍をホウ酸含有量とした。
【００８３】
図６からわかるように、吸着材の充填高さが低くなるに従い、ホウ酸濃度のピーク値（最大値）が低くなる傾向を示している。吸着材の充填高さが１２００ｍｍの吸着塔では、ホウ酸濃度のピーク値が５℃でのホウ酸の溶解度２．９８（ｇ／１００ｇ）に届いたものの、吸着材の充填高さが６００ｍｍの吸着塔では、ホウ酸濃度のピーク値が５℃でのホウ酸の溶解度２．９８（ｇ／１００ｇ）に届かなかった。
【００８４】
（ｃ）結論
本再生実験によれば、吸着材の充填高さ１２００ｍｍが、流出する溶離液（再生廃液）中のホウ酸を、５℃以下の冷蔵によって、簡便にホウ酸結晶の固形物を得ることができる限界付近であると結論され得る。
【００８５】
（実験３）溶離液を分取して冷却晶析・固液分離する実験
（１）実験の狙い
実験１では、３０℃の溶離液温度において最高１０９００ｍｇ／Ｌのホウ素濃度の溶離液を得ることができた。この値は、ホウ酸の含有量に換算すると６．２４ｇ／１００ｍｌであり、更にこれを重量換算すると５．６７（ｇ／１００ｇ）に相当し、３０℃でのホウ酸の溶解度６．２３（ｇ／１００ｇ）に迫るものであった。
しかし、５℃におけるホウ酸の溶解度２．９８（ｇ／１００ｇ）以上の溶離液の液量は、ＢＶ値に換算すると０．２であり、溶離液全体の２０％程であった（図５参照）。つまり、図５に示すように、溶離液が流出しだす直後のものほどホウ素含有量が多く、その後急激に減少する傾向がある。このため、溶離液を集めて平準化すると、全体としてはホウ酸の溶解度よりも低いホウ酸濃度となってしまう。なお、ホウ素は酸性水溶液ではホウ酸の形態で存在する。したがって、このまま溶離液を一括して処理すると、ホウ酸の結晶を得ることはできない。
そのため、吸着塔で生成される溶離液のうち、生成時期が早くホウ素濃度の高い高濃度溶離液のみを分取し、この分取した高濃度溶離液を冷却晶析・固液分離し、ホウ酸結晶を取り出す方法を試みた。
【００８６】
（２）実験方法
吸着塔内に充填された吸着材の充填高さを２４００ｍｍとし、吸着塔にホウ素含有水を、処理水のホウ素が１ｍｇ／Ｌ以上となる時点まで通液した。ホウ素含有水の吸着塔への通液終了後に、再生用の鉱酸を３０℃に調整して、吸着塔に通液した。吸着塔から流出してくる溶離液を所定の時点で分けて採取した。すなわち、前半に分取したホウ素濃度の高い高濃度溶離液と、後半に分取したホウ素濃度の低い低濃度溶離液とに分け、高濃度溶離液を冷却晶析・固液分離した。ここでは、分取する時点は、冷却晶析時の温度におけるホウ酸の溶解度に溶離液のホウ酸濃度が達した時点とした。
【００８７】
（３）実験結果
高濃度溶離液を５℃で冷却晶析した後、固液分離（濾過）すると、４１．２ｇの固形物を得ることができた。この固形物は、すべてホウ酸結晶であると仮定すると、吸着塔が吸着したホウ素（約３９．９ｇ、実験１参照）に相当するホウ酸（３９．９ｇ×５．７２５）の約２０％に相当する。
【００８８】
（実験４）ホウ素の回収率を高める実験
（１）実験の狙い
実験３によれば、ホウ酸結晶を得ることができるものの、吸着塔が吸着したホウ素のうち、約８０％が溶離液中に残存することになる。そこで、ホウ素（ホウ酸）の回収率を高める以下の方法を試みた。
【００８９】
（ａ）溶離液を分取して冷却晶析・固液分離した後、再利用する方法
ホウ素含有水を吸着塔に通液して吸着工程が終了した後に、再生用の鉱酸を３０〜４５℃に加温調整して、吸着塔に通液する。吸着塔から流出する溶離液がｐＨ３以下に達したときに高濃度溶離液の分取を開始し、吸着塔への予め決められた流入量が吸着塔から流出した時点で打ち切ると同時に、低濃度溶離液の分取を開始する。低濃度溶離液の分取を、吸着塔への予め決められた流入量が吸着塔から流出した時点で打ち切り、洗浄水を吸着塔に通液する。洗浄水は、吸着塔に残った酸を押し出すためのものである。分取した溶離液のうち高濃度溶離液のみを冷却晶析・固液分離工程に送り、ホウ酸結晶と残余溶離液とに分ける。
そして、次の吸着工程が終了した後、すなわち次回の吸着塔の再生時に、まず、残余溶離液を３０〜４５℃に加温調整して吸着塔に戻し、続いて、分取した低濃度溶離液を常温のままで吸着塔に戻して、再利用する。最後に、洗浄水を吸着塔に通液する。
このようなサイクルを繰り返すことにより、連続的にホウ素の結晶化を実施する。
【００９０】
（ｂ）溶離液の分取における分割数を増やす方法
更にホウ素の回収率を高めるためには、溶離液を、高濃度溶離液と低濃度溶離液との２分割ではなく、より多数に分割することが有効となる。これは、溶離液を細かく分割することにより、生成順で隣同士の分割された溶離液の濃度差が小さくなるため、この隣同士の分割された溶離液が吸着塔内で互いに影響し合って濃度変化する量を少なくできるからである。しかし、分割数をあまり多くしても、ホウ素の回収率自体は逓減していく一方で、システムの複雑化につながる。したがって、溶離液の分割数は３〜６分割が好ましく、システムの効率的運転を考えると３〜４分割がより好ましい。
【００９１】
（ｃ）溶離工程で最初に流入する残余溶離液に鉱酸を追加する方法
ホウ素の溶離に使用される鉱酸は、吸着塔内の吸着材によって中和されて暫時消費される。鉱酸が消費されるとｐＨが上がり、ホウ素の溶離は行われなくなる。したがって、ｐＨが上がった部分には、溶離したホウ素が加わらない一方、吸着材が保有する水分によりホウ素を含む溶離液が薄まる。このため、よりｐＨが上がり、残余溶離液中に元々含まれる高濃度のホウ素が水溶液中に残存することになり、ｐＨが例えば３以下になった時点で開始される分取対象から外れてしまう。このため、洗浄水によって流出するホウ素が増えることになる。そこで、溶離工程で最初に流入する残余溶離液に鉱酸を追加することにより、水溶液のｐＨを下げ、分取対象から外れる高濃度の残余溶離液を少なくして、洗浄水によって流出するホウ素を低減する。
【００９２】
（ｄ）洗浄水を加温する方法
残余溶離液が加温されて吸着塔に戻される前に、加温されたホウ素を含まない浄水を吸着塔に通液する。これにより、溶離液の温度が低下してしまうことを防止でき、ひいては、ホウ素の溶離を促してホウ素（ホウ酸）の回収率を安定化させる。
【００９３】
（２）実験方法
前記（ａ）〜（ｄ）の方法をすべて組み入れた方式で、吸着塔によるホウ素の吸着と、吸着塔の再生（ホウ素溶離）とを複数回繰り返し行い、ホウ素（ホウ酸）の回収率と、その再現性とを観察した。更に、再生用の鉱酸（残余溶離液）の加温温度の変化によるホウ素の回収率の変化について観察した。その結果を表３に示す。
【００９４】
ホウ素の吸着を行う際、前回のRUN（吸着及び再生）において溶離の際に排出された洗浄水に含まれる回収しきれなかったホウ素を原水とともに吸着塔に流入させている。吸着塔は実験３で用いたものを使用した。
溶離液の分取及び再利用を行い、溶離液の分取は３分割で行った。３分割した各溶離液の割合は９：６：６で、計２１Ｌとした。また、吸着塔の再生前に、再生用の鉱酸（残余溶離液）の温度と同温度の浄水を吸着塔に通液した。そして、高濃度の残余溶離液のうち再生開始直後に使用される約１／３の容量に対して、鉱酸濃度が約２倍になるように、鉱酸を追加した。
【００９５】
【表３】
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【００９６】
（３）実験結果
吸着及び再生を１回のセットとして１０回繰り返し行った結果、原水（ホウ素含有水）から吸着塔に吸着されたホウ酸量と、結晶として回収されたホウ酸量とは、それぞれ、１４６．５ｇ（１回平均）、１３６．９ｇ（１回平均）であり、両者の誤差は１０％以内であった。ここで、再利用される残余溶離液には晶析しなかったホウ素が高濃度で残存しており、次回の吸着塔の再生時に、吸着塔に吸着されたホウ素が溶離して残余溶離液に上乗せされ、残余溶離液に上乗せされたホウ素と同量に近いホウ素が、ホウ酸結晶として析出したものと考えられる。一方、洗浄排水として流出するホウ酸量は、３０．７ｇ（１回平均）であった。したがって、ホウ素（ホウ酸）の回収率は、１３６．９／（１３６．９＋３０．７）×１００＝約８２％となり、実用化に十分堪えうる値に達した。
なお、再生用の鉱酸（残余溶離液）の加温温度を２５〜５０℃の間で変化させると、ホウ酸の回収量において３０℃よりも低い溶離温度での回収量は３０℃以上の溶離温度でのものと比べて明らかに少ない傾向が示された。従って、加温温度は３０℃以上であることがより好ましいと考えられた。
【符号の説明】
【００９７】
２０    吸着塔（ホウ素吸着装置）
２１    容器
２２    入口
２３    出口
２５    吸着材
２６    吸着材モジュール
２８    糸状部材（経路変化手段）
３０    分取装置
４０    冷却晶析装置
５０    固液分離装置
６０    加温装置
１００    ホウ素除去システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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